JP2001295025A - Two-stage ain-pvd improving film characteristic - Google Patents

Two-stage ain-pvd improving film characteristic

Info

Publication number
JP2001295025A
JP2001295025A JP2000403970A JP2000403970A JP2001295025A JP 2001295025 A JP2001295025 A JP 2001295025A JP 2000403970 A JP2000403970 A JP 2000403970A JP 2000403970 A JP2000403970 A JP 2000403970A JP 2001295025 A JP2001295025 A JP 2001295025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
chamber
substrate
nitride layer
deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000403970A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ingo Wilke
ヴィルケ インゴー
Rochelle King
キング ローシェル
Hoa Kieu
キエウ ホア
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2001295025A publication Critical patent/JP2001295025A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0042Controlling partial pressure or flow rate of reactive or inert gases with feedback of measurements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0617AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for depositing aluminum nitride layers on a substrate in a treatment chamber. SOLUTION: A first aluminum nitride layer is vapor deposited on a substrate at a first chamber pressure, and then a second aluminum nitride layer is vapor deposited on the resultant aluminum nitride nucleation layer at a higher second chamber pressure. The first aluminum nitride layer is vapor deposited by sputtering an aluminum target at about 1.5-3 millitorr chamber pressure in a nitrogen and inert gas plasma in the treatment chamber. The second aluminum nitride layer is vapor deposited by carrying out sputtering at about 5-10 millitorr chamber pressure. The above treatments can be performed in the same treatment chamber while maintaining the temperature of the substrate at preferably 125-500 deg.C. By this method aluminum nitride having preferred crystal orientation can be obtained at high deposition rate, and the characteristics of the layers can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスを製
造するための金属被覆処理に関し、より詳細には本発明
は窒化アルミニウムフィルムを蒸着する方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to metallization processes for fabricating semiconductor devices, and more particularly to a method for depositing aluminum nitride films.

【0002】[0002]

【従来技術】表面音響波素子(SAW)及びバルク音響
波素子(BAW)装置は、電気信号を音響波に変換して
そして音響波を電気信号に変換して信号処理を行う回路
装置である。音響波を電気データにそして電気データを
音響波に転送する能力のため、SAW及びBAW装置は
フィルタ、共振器、遅延器、及びその他の通信その他関
連分野の電子音響装置に広く使用されてきた。特に、S
AWとBAWは、その音響波装置が移動通信エレクトロ
ニクスに使用するのに効果的な無線フィルタ特性を備え
る単純な構造をしているので、移動通信分野において非
常に有望である。最近、移動無線通信分野でより速い情
報伝達の需要が増えているのに歩調を合わせ、高い周波
数で動作するSAW及びBAWの需要が増えている。
2. Description of the Related Art A surface acoustic wave device (SAW) and a bulk acoustic wave device (BAW) device are circuit devices that convert electric signals into acoustic waves and convert acoustic waves into electric signals to perform signal processing. Due to the ability to transfer acoustic waves to electrical data and electrical data to acoustic waves, SAW and BAW devices have been widely used in filters, resonators, delays, and other electroacoustic devices in communications and other related fields. In particular, S
AW and BAW are very promising in the mobile communication field because their acoustic wave devices have a simple structure with wireless filter characteristics effective for use in mobile communication electronics. Recently, demand for faster information transmission in the mobile radio communication field has been increasing, and demand for SAW and BAW operating at a high frequency has been increasing.

【0003】1つの例として、SAW装置は、例えば金
属などの伝導フィルムの電極、いわゆるインターデジタ
ル変換器(IDT)を圧電基板の上に形成し、電極が電
気信号と表面音響波を相互変換するようにして製造され
る。表面音響波の特性は圧電基板上の電極の伝播特性に
よって決まる。音響波装置がより高い周波数で動作する
ためには、圧電基板と電極の音響波の伝播速度が速くな
ければならない。
[0003] As one example, a SAW device forms an electrode of a conductive film such as a metal, for example, an interdigital converter (IDT) on a piezoelectric substrate, and the electrode mutually converts an electric signal and a surface acoustic wave. It is manufactured as follows. The characteristics of the surface acoustic wave are determined by the propagation characteristics of the electrodes on the piezoelectric substrate. In order for the acoustic wave device to operate at a higher frequency, the propagation speed of the acoustic wave between the piezoelectric substrate and the electrode must be high.

【0004】高速な伝播速度、高い周波数応答、高い結
合係数などの望ましい電気機械特性を有する圧電材料
は、バルク波伝播メディアと、表面波伝播基板と、機械
式共振器として使用される材料の薄い圧電フィルムを複
合することによって得られる。従って、高周波動作をす
る音響波装置を得る1つの好ましい手段は、圧電フィル
ム又は基板上に高速音響波伝播フィルムを蒸着すること
である。
[0004] Piezoelectric materials having desirable electromechanical properties, such as high propagation speed, high frequency response, high coupling coefficient, etc., are known as bulk wave propagation media, surface wave propagation substrates, and thin materials used as mechanical resonators. It is obtained by combining piezoelectric films. Thus, one preferred means of obtaining a high frequency operating acoustic wave device is to deposit a high speed acoustic wave propagation film on a piezoelectric film or substrate.

【0005】窒化アルミニウム(AlN)フィルムがオ
ンチップの高周波ギガヘルツ帯音響装置(2GHzを超
える)を製造するのに魅力ある圧電材料として検討され
てきた。何故ならば、窒化アルミニウムの約6000m
/秒という高速な伝播速度、電気エネルギーを音響波エ
ネルギーに変換する効率を示す結合係数が約0.07と
高い、良好な圧電気特性、そして高い耐熱性といった魅
力的な電気機械特性のためである。このような電気機械
特性は、結晶構造、結晶配向、フィルム厚さなどを含む
フィルムの物理パラメータに依存している。フィルムの
パラメータを最適化することにより、SAW装置に特定
して使用するための所望の電気機械特性を創り出すこと
ができる。そのため、高度な結晶品質で、好ましい粒子
配向(多くの場合結晶配向を指す)で、均一な厚さの窒
化アルミニウムで、SAW用途の、特に集積回路用オン
チップ音響波装置製造用途としての窒化アルミニウムの
製造に多くの努力がなされてきた。
[0005] Aluminum nitride (AlN) films have been considered as attractive piezoelectric materials for making on-chip high frequency gigahertz band acoustic devices (above 2 GHz). Because about 6000m of aluminum nitride
Per second, which has a high propagation velocity of about 0.07, which indicates the efficiency of converting electric energy to acoustic wave energy, good piezoelectric properties, and attractive electromechanical properties such as high heat resistance. is there. Such electromechanical properties depend on physical parameters of the film, including crystal structure, crystal orientation, film thickness, and the like. By optimizing the parameters of the film, the desired electromechanical properties can be created for use specifically with SAW devices. Therefore, aluminum nitride with high crystal quality, favorable grain orientation (often referring to crystal orientation) and uniform thickness, for use in SAW applications, especially for the production of on-chip acoustic wave devices for integrated circuits Many efforts have been made in the manufacture of

【0006】通常、薄膜窒化アルミニウム(AlN)フ
ィルムは化学蒸着法(CVD)及び分子線エピタキシー
(MBE)手法によって蒸着される。これらのAlNフ
ィルムは表面音響波手法によって評価される場合、非常
に有望な音響波特性を示したが、AlNフィルムのこれ
らの蒸着法は通常基板を1000℃を超える温度にする
必要がある。この高い蒸着温度は最新のオンチップ音響
波装置を製造する半導体集積回路製造方法に適していな
い。
[0006] Typically, thin aluminum nitride (AlN) films are deposited by chemical vapor deposition (CVD) and molecular beam epitaxy (MBE) techniques. Although these AlN films have shown very promising acoustic wave properties when evaluated by the surface acoustic wave technique, these deposition methods of AlN films usually require substrates to be at temperatures above 1000 ° C. This high deposition temperature is not suitable for semiconductor integrated circuit manufacturing methods for manufacturing modern on-chip acoustic wave devices.

【0007】500℃を超えない低温でAlNを蒸着す
る1つの代替方法として、PVDスパッタリングにより
AlNフィルムを蒸着する方法がある。しかしながら、
PVD法によって蒸着された窒化アルミニウム層は生成
される層がランダムな結晶配向となる傾向がある。基板
上にランダムに発生する窒化アルミニウム結晶構造は好
ましい粒子配向を持たない多結晶フィルムとなる。ラン
ダムな結晶配向により、結合係数が低く、音響伝播速度
が低下し、伝播損失が高いフィルムが生成されるので、
電子信号と表面音響波間の変換が悪くなる原因となる。
このように多結晶フィルム中での結晶の配向は、蒸着さ
れたフィルムのSAW及びBAW特性に影響する鍵とな
る材料パラメータであり、AlNフィルム中での結晶配
向形成は優れた音響特性を持つフィルムの形成にとって
重要なことである。
[0007] One alternative method of depositing AlN at a low temperature not exceeding 500 ° C. is to deposit an AlN film by PVD sputtering. However,
Aluminum nitride layers deposited by the PVD method tend to have a random crystalline orientation in the resulting layer. The aluminum nitride crystal structure randomly generated on the substrate becomes a polycrystalline film having no preferable grain orientation. Because the random crystal orientation produces a film with low coupling coefficient, low sound propagation speed and high propagation loss,
This causes poor conversion between the electronic signal and the surface acoustic wave.
Thus, the orientation of crystals in a polycrystalline film is a key material parameter that affects the SAW and BAW properties of the deposited film, and the formation of crystalline orientation in an AlN film is a film with excellent acoustic properties. Is important for the formation of

【0008】通常、薄膜蒸着処理は絶縁された核生成サ
イトの蒸着から始まる。PVD蒸着においては、これら
のサイトはターゲット個々のスパッタリングされた部位
が基板に当たった時に作られ、次いで別のそのような部
位が基板上に蒸着する。CVD蒸着では、核生成サイト
は先行核が基板上に蒸着する場所に発生する。実際には
核生成サイトの生長速度の差がフィルムの配向を決め
る。特に、PVDスパッタリングによって蒸着されたフ
ィルムは、ランダムな核生成サイトから発生して生長し
ている多結晶フィルムを生成すると考えられる。速い成
長速度を示す結晶配向を持つ、基板表面に対して垂直方
向に生長するような核生成サイトが、遅い成長速度を示
す配向を有するサイトよりも優勢なので、出現するだろ
う。PVDスパッタリング処理の結果得られるフィルム
構造は、大きさの違う多数の粒子と多数の結晶配向を持
つ。
[0008] Thin film deposition processes typically begin with the deposition of an isolated nucleation site. In PVD deposition, these sites are created when the individual sputtered sites of the target strike the substrate, and then another such site is deposited on the substrate. In CVD deposition, nucleation sites occur where predecessor nuclei deposit on the substrate. In practice, the difference in the growth rates of the nucleation sites determines the orientation of the film. In particular, films deposited by PVD sputtering are believed to produce polycrystalline films that grow from random nucleation sites and grow. Nucleation sites that grow in a direction perpendicular to the substrate surface with a crystal orientation exhibiting a fast growth rate will appear because they predominate over sites having an orientation exhibiting a slow growth rate. The film structure resulting from the PVD sputtering process has many grains of different sizes and many crystal orientations.

【0009】PVDにより好ましい結晶配向度の窒化ア
ルミニウムフィルムを製造する方法の1つが、イシハラ
他による「反応スパッタリング法により処理されたAl
Nフィルムの優先配向の制御」、Thin Solid
Films 316(1998) 152−157ペ
ージに開示されている。イシハラ他は、好ましい結晶配
向を有する窒化アルミニウム蒸着のスパッタリング処理
体系を提供している。しかしながら、イシハラ他による
処理法では応力が大きく厚さが不均一なフィルムを生成
する。フィルムの応力が大きいと、窒化アルミニウムフ
ィルムの電気機械特性に有害な影響を及ぼすフィルム層
の欠陥が生じる。その上、SAW装置の伝送周波数と周
波数応答がフィルム厚の均一性に大きく依存しているの
で、非均一フィルムではSAW性能が安定せず一貫性の
ないものとなる。更に、実用上満足できる蒸着速度が約
1000オングストローム/分以上であるのに対し、イ
シハラ他の処理法では200オングストロームより低い
蒸着速度に苦慮しており、そのためその処理法の実用性
には限界がある。
One method for producing an aluminum nitride film having a preferred degree of crystal orientation by PVD is disclosed in Ishihara et al.
Control of Preferred Orientation of N Film ", Thin Solid
Films 316 (1998), pages 152-157. Ishihara et al. Provide a sputtering system for aluminum nitride deposition having a preferred crystallographic orientation. However, the processing method of Ishihara et al. Produces a film with large stress and uneven thickness. High film stress results in defects in the film layer that adversely affect the electromechanical properties of the aluminum nitride film. In addition, since the transmission frequency and frequency response of the SAW device are highly dependent on the uniformity of the film thickness, non-uniform films will have inconsistent and inconsistent SAW performance. Furthermore, while practically satisfactory deposition rates are above about 1000 angstroms / minute, Ishihara et al.'S processing methods struggle with deposition rates lower than 200 angstroms, which limits the practicality of that processing method. is there.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従って、高い蒸着速度
で、好ましい結晶配向を持ち、フィルム特性が改善され
た窒化アルミニウムフィルムの蒸着法に対する要求が存
在している。
Accordingly, there is a need for a method of depositing an aluminum nitride film having a favorable crystal orientation and improved film properties at a high deposition rate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は一般に物理蒸着
法を使用して、基板上に窒化アルミニウム層を形成する
2段階処理法を提供する。本発明の1つの態様では、蒸
着処理方法は、第1の窒化アルミニウム層を、好ましく
は約1.5ミリトールと約3.0ミリトールの間の第1
のチャンバ圧力で蒸着し、好ましい結晶配向度を有する
核生成層を与える段階と、第2の窒化アルミニウム層
を、好ましくは約5ミリトールと約10ミリトールの間
の第1のチャンバ圧力よりも高い第2のチャンバ圧力で
蒸着する段階とを含む。第1の窒化アルミニウム層はア
ルミニウムターゲットを微量の不活性ガスを含む窒素プ
ラズマ中でスパッタリングすることによって好適に蒸着
され、第2の窒化アルミニウム層はアルミニウムターゲ
ットを窒素と不活性ガスのプラズマ中でスパッタリング
することによって蒸着される。第1と第2の蒸着段階
は、同じPVDチャンバ内で、約125℃と約500℃
の間の基板温度で行われるのが好ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention generally provides a two-step process for forming an aluminum nitride layer on a substrate using physical vapor deposition. In one aspect of the invention, the method of depositing comprises depositing the first aluminum nitride layer with a first aluminum nitride layer, preferably between about 1.5 mTorr and about 3.0 mTorr.
Depositing at a chamber pressure to provide a nucleation layer having a preferred degree of crystal orientation, and forming the second aluminum nitride layer at a first chamber pressure greater than the first chamber pressure, preferably between about 5 mTorr and about 10 mTorr. Depositing at a chamber pressure of 2. The first aluminum nitride layer is suitably deposited by sputtering an aluminum target in a nitrogen plasma containing a trace amount of inert gas, and the second aluminum nitride layer is formed by sputtering the aluminum target in a plasma of nitrogen and an inert gas. To be deposited. The first and second deposition steps are performed at about 125 ° C. and about 500 ° C. in the same PVD chamber.
It is preferably carried out at a substrate temperature of between.

【0012】本発明の別の態様では、第1の窒化処理ガ
スを処理チャンバに導入し、第1のチャンバ圧力を生成
する段階と、アルミニウムターゲットをスパッタリング
して第1の窒化アルミニウム層を蒸着する段階と、第2
の窒化処理ガスを処理チャンバに導入し、第1のチャン
バ圧力よりも高い第2のチャンバ圧力を生成する段階
と、アルミニウムターゲットをスパッタリングして第2
の窒化アルミニウム層を蒸着する段階とによって、窒化
アルミニウムフィルムが、処理チャンバ内で基板上に蒸
着される。この蒸着処理方法は、改良されたフィルム特
性を備えた好ましい結晶配向をもたらす。また、この蒸
着処理方法は、窒化アルミニウムフィルムを形成するた
めの高い蒸着速度をもたらす。
In another aspect of the invention, a first nitriding gas is introduced into a processing chamber to generate a first chamber pressure, and an aluminum target is sputtered to deposit a first aluminum nitride layer. Stage and second
Introducing a nitriding gas into the processing chamber to generate a second chamber pressure higher than the first chamber pressure, and sputtering the aluminum target to form a second chamber pressure.
Depositing an aluminum nitride layer on the substrate, an aluminum nitride film is deposited on the substrate in the processing chamber. This deposition process results in a preferred crystal orientation with improved film properties. This deposition process also provides a high deposition rate for forming aluminum nitride films.

【0013】以上に説明した本発明の特徴、利点及び目
的が達成される方法を細部まで理解できるように、添付
図面に示されている本発明の実施形態を参照して、上記
に簡単に要約した本発明を更に詳しく説明する。添付図
面は本発明の代表的な実施形態のみを示しており、本発
明が別の同様に効果的な実施形態も受け入れることが可
能なことから、本発明の範囲を限定するものではないこ
とに留意すべきである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the manner in which the features, advantages and objects of the invention set forth above are achieved, the above is briefly summarized above by reference to embodiments of the invention as illustrated in the accompanying drawings. The present invention will be described in more detail. The accompanying drawings show only representative embodiments of the invention and do not limit the scope of the invention, as the invention is capable of accepting other equally effective embodiments. It should be noted.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明は一般に基板上に圧電フィ
ルムを蒸着するための2段階処理法を提供する。より詳
細には、本発明は、第1の窒化アルミニウム層が第1の
チャンバ圧力で蒸着され、第2の窒化アルミニウム層が
第1のチャンバ圧力よりも高い第2のチャンバ圧力で蒸
着される、改良されたフィルム特性を有する窒化アルミ
ニウム層を形成する2段階処理法を提供するものであ
る。2段階蒸着処理法は、アルミニウムターゲットを、
窒化ガス(好ましくは窒素)と、不活性ガス(好ましく
はアルゴン)とのプラズマ中で、約1.5ミリトールと
約3ミリトールの間のチャンバ圧力にてスパッタリング
する段階と、次いでアルミニウムターゲットを、窒化ガ
ス(好ましくは窒素)と、不活性ガス(好ましくはアル
ゴン)とのプラズマ中で、約5ミリトールと約10ミリ
トールの間のチャンバ圧力でスパッタリングする段階と
を含む。フィルムを蒸着する2段階処理法は、好ましく
は基板の温度が約125℃と500℃の間で行われる。
本発明には、高い蒸着速度で、フィルムの応力が少なく
厚さの均一性が改良された、好ましい粒子配向度を有す
る窒化アルミニウム層を製造できるという利点がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention generally provides a two-step process for depositing a piezoelectric film on a substrate. More specifically, the present invention provides that the first aluminum nitride layer is deposited at a first chamber pressure and the second aluminum nitride layer is deposited at a second chamber pressure higher than the first chamber pressure. It is an object of the present invention to provide a two-step process for forming an aluminum nitride layer having improved film properties. The two-stage deposition method uses an aluminum target,
Sputtering in a plasma of a nitriding gas (preferably nitrogen) and an inert gas (preferably argon) at a chamber pressure of between about 1.5 mTorr and about 3 mTorr; Sputtering in a plasma of a gas (preferably nitrogen) and an inert gas (preferably argon) at a chamber pressure between about 5 mTorr and about 10 mTorr. The two-step process of depositing the film is preferably performed at a substrate temperature between about 125 ° C and 500 ° C.
The present invention has the advantage that at a high deposition rate, an aluminum nitride layer having a preferred degree of grain orientation can be produced with reduced film stress and improved thickness uniformity.

【0015】本発明の方法は、カリフォルニア、サンタ
クララのApplied Materials社が市販
しているPVDチャンバを使用して実現できる。PVD
チャンバの一般的な特徴は以下に説明される。本発明者
が知っている以下に述べるPVDチャンバ以外にも、本
発明による方法の利点を実現できる別のチャンバが利用
でき、又利用できるように改造可能なことは理解すべき
である。
[0015] The method of the present invention can be implemented using a PVD chamber commercially available from Applied Materials, Santa Clara, California. PVD
The general features of the chamber are described below. It should be understood that other than the PVD chambers known to the inventor and described below, other chambers are available and can be modified to utilize the advantages of the method according to the present invention.

【0016】PVDチャンバ36は、通常チャンバ外囲
102、ターゲット104、基板支持体106、ガス入
口108及びガス出口110を備える。チャンバ外囲1
02はチャンバ底部112とチャンバ側壁114を有す
る。チャンバ側壁114にはスリットバルブ115が取
り付けられ、基板116をPVDチャンバ36に容易に
出し入れできる。基板支持体106はチャンバ底部11
2を貫通する基板支持リフト組立体118に取り付けら
れる。通常、ヒータなどの温度制御要素(図示せず)が
基板支持体106内に取り付けられ、処理中に基板11
6の温度を制御する。基板支持体106はステンレス鋼
で作られ、温度制御要素は白金/ロジウムヒータコイル
で構成するのが好ましい。基板支持リフト組立体118
は、基板支持体106を基板移送位置と基板処理位置の
間で垂直に動かす。リフトピン組立体120は基板11
6を基板支持体106から離して持ち上げ、基板116
をチャンバと、基板をチャンバ内に出し入れするための
ロボットブレード(図示せず)の間で容易に移送出来る
ようにする。
The PVD chamber 36 generally includes a chamber enclosure 102, a target 104, a substrate support 106, a gas inlet 108 and a gas outlet 110. Chamber circumference 1
02 has a chamber bottom 112 and a chamber side wall 114. A slit valve 115 is attached to the chamber side wall 114 so that the substrate 116 can be easily inserted into and removed from the PVD chamber 36. The substrate support 106 is located at the bottom 11 of the chamber.
2 through a substrate support lift assembly 118. Typically, a temperature control element (not shown), such as a heater, is mounted within the substrate
6 is controlled. The substrate support 106 is made of stainless steel and the temperature control element preferably comprises a platinum / rhodium heater coil. Substrate support lift assembly 118
Moves the substrate support 106 vertically between the substrate transfer position and the substrate processing position. The lift pin assembly 120 is mounted on the substrate 11
6 is lifted away from the substrate support 106, and the substrate 116 is lifted.
To facilitate transfer between the chamber and a robot blade (not shown) for moving substrates into and out of the chamber.

【0017】ターゲット104はチャンバ外囲102の
頂部に配置される。好ましくはターゲット104は基板
支持体106のすぐ上に配置される。ターゲット104
は通常スパッタリング材料124のプレートを支持する
受け板122を有する。窒化アルミニウムフィルムの典
型的なターゲット材料は、ここでいう反応スパッタリン
グ処理で使用するアルミニウムである。受け板122は
チャンバ外囲102に固着されているフランジ部位12
6を有する。好ましくはOリングのようなシール128
が受け板122のフランジ部位126とチャンバ外囲1
02の間に配置され、処理の間チャンバ内を真空にして
それを維持する。マグネット組立体130が受け板12
2の上に配置され、ターゲットのスパッタリング表面の
プラズマ密度を(電子を閉じこめることによって)高め
る磁場を与え、ターゲット材料のスパッタリングを向上
させる。
A target 104 is located on top of the chamber enclosure 102. Preferably, the target 104 is located directly above the substrate support 106. Target 104
Has a backing plate 122 that typically supports a plate of sputtering material 124. A typical target material for an aluminum nitride film is aluminum used in the reactive sputtering process referred to herein. The receiving plate 122 is a flange portion 12 fixed to the chamber surrounding 102.
6. Seal 128, preferably an O-ring
Is the flange portion 126 of the receiving plate 122 and the chamber surrounding 1
02 to maintain a vacuum in the chamber during processing. The magnet assembly 130 is mounted on the receiving plate 12
2 to enhance the sputtering of the target material by applying a magnetic field that increases (by confining electrons) the plasma density at the sputtering surface of the target.

【0018】下部遮蔽132がチャンバ内に配置され、
チャンバ外囲102の内面が蒸着されるのを遮蔽する。
下部遮蔽132はチャンバ側壁114の上部から基板支
持体106の処理位置の周縁端へ延びている。クランプ
リング134が使用され、下部遮蔽132の内部端13
6上に移動可能に配置される。基板支持体106が処理
位置中に移動するときに、内部端136は基板支持体1
06を囲み、基板116の周縁部位138はクランプリ
ング134の内部端133と係合し、下部遮蔽132の
内部端136からクランプリング134を持ち上げる。
クランプリング134は基板116を締め付けるか保持
する役目をすると同時に、蒸着処理中に基板116の周
縁部位138を遮蔽する。代替として、クランプリング
134の代わりに下部遮蔽の内部端上部に遮蔽カバーリ
ング(図示せず)が配置される。基板支持体が処理位置
に移動するときに、遮蔽カバーリングの内部端はすぐに
基板の周縁部位上の位置にきて、基板支持体106の周
縁部が蒸着されるのを遮蔽する。
A lower shield 132 is located within the chamber,
The inner surface of the chamber enclosure 102 is shielded from being deposited.
The lower shield 132 extends from the upper portion of the chamber side wall 114 to the peripheral edge of the processing position of the substrate support 106. Clamping ring 134 is used and inner end 13 of lower shield 132
6 so as to be movable. When the substrate support 106 moves into the processing position, the inner end 136
06, the peripheral portion 138 of the substrate 116 engages the inner end 133 of the clamp ring 134 and lifts the clamp ring 134 from the inner end 136 of the lower shield 132.
The clamp ring 134 serves to clamp or hold the substrate 116 while shielding the peripheral portion 138 of the substrate 116 during the deposition process. Alternatively, a shield cover ring (not shown) is placed over the inner end of the lower shield instead of the clamp ring 134. As the substrate support moves to the processing position, the inner edge of the shielding cover immediately comes to a position on the peripheral portion of the substrate, shielding the peripheral portion of the substrate support 106 from being deposited.

【0019】好ましくは、上部遮蔽140は下部遮蔽1
32の上部の範囲に配置され、チャンバ側壁114の上
部からクランプリング134の周縁部142に延びる。
好ましくは、上部遮蔽140の材料はターゲットの材料
と同じ材料即ちアルミニウム、チタニウムなどの金属で
構成される。上部遮蔽140は好ましくは浮動接地上部
遮蔽であり、接地上部遮蔽と比較してプラズマのイオン
化が大きい。プラズマのイオン化が大きいと、ターゲッ
ト104に影響するイオンの供給が増え、ターゲット1
04からの蒸着が増えるために蒸着速度が大きくなる。
代替として、蒸着処理中に上部遮蔽140は接地するこ
とができる。
Preferably, the upper shield 140 is the lower shield 1
32 and extends from the top of the chamber sidewall 114 to the peripheral edge 142 of the clamp ring 134.
Preferably, the material of the upper shield 140 is made of the same material as the material of the target, that is, a metal such as aluminum or titanium. The top shield 140 is preferably a floating ground top shield, where plasma ionization is high compared to the ground top shield. If the plasma ionization is large, the supply of ions affecting the target 104 increases, and the target 1
The deposition rate increases because the deposition rate increases from 04.
Alternatively, the top shield 140 can be grounded during the deposition process.

【0020】チャンバ外囲102のチャンバ側壁114
に取り付けられているガス出口108は処理ガスをチャ
ンバ外囲102内に導き、上部遮蔽140と下部遮蔽1
32の間に流し処理キャビティ146に入れる。処理キ
ャビティ146はターゲット104、処理位置の中の基
板支持体106上に配置された基板116及び上部遮蔽
140によって境界を定められる。通常はプラズマのた
めの処理ガスとしてガス入口108を通ってアルゴンが
導入される。ガス出口110はチャンバ側壁114に配
置され、蒸着処理の前にチャンバを真空にし、同時に蒸
着処理中にチャンバの圧力を制御する。好ましくは、ガ
ス出口110は排気バルブ156及び排気ポンプ158
を有する。排気バルブ156はチャンバ36内部と排気
ポンプ158の間の連通度合を制御する。
The chamber side wall 114 of the chamber enclosure 102
A gas outlet 108 attached to the upper shield 140 and the lower shield 1 directs process gas into the chamber enclosure 102.
32 into the sink processing cavity 146. The processing cavity 146 is bounded by the target 104, the substrate 116 disposed on the substrate support 106 in the processing position, and the top shield 140. Typically, argon is introduced through the gas inlet 108 as a processing gas for the plasma. A gas outlet 110 is located on the chamber sidewall 114 to evacuate the chamber prior to the deposition process and simultaneously control the chamber pressure during the deposition process. Preferably, gas outlet 110 is connected to exhaust valve 156 and exhaust pump 158.
Having. The exhaust valve 156 controls the degree of communication between the inside of the chamber 36 and the exhaust pump 158.

【0021】ターゲット104にバイアスをかけるため
に、電源152がターゲット104に電気的に接続され
る。電源152はターゲットに接続されるDC発生装置
とDCマッチングネットワークを備えるることが可能で
ある。電源152は処理キャビティにエネルギーを供給
し、蒸着処理中に処理キャビティにおいて処理ガスのプ
ラズマを当て、また維持する。
A power supply 152 is electrically connected to the target 104 to bias the target 104. The power source 152 can include a DC generator connected to the target and a DC matching network. A power supply 152 supplies energy to the processing cavity and directs and maintains a plasma of the processing gas in the processing cavity during the deposition process.

【0022】ガス出口110はチャンバ側壁114上に
配置され、蒸着処理の前にチャンバを真空にすると同時
に、蒸着処理中にチャンバ圧力を制御する。好ましく
は、ガス出口は排気バルブ156と排気ポンプ158を
有する。排気バルブ156はチャンバ36の内部と排気
ポンプ158の間の連通度合を制御する。排気ポンプ1
58は好ましくはターボ分子ポンプと共に低温ポンプを
備え、チャンバをポンプダウンする時間を最小にする。
代替として、排気ポンプ158は低圧ポンプ及び高圧ポ
ンプ、又は低圧及び高圧ポンプの組合せで構成される。
A gas outlet 110 is located on the chamber sidewall 114 to evacuate the chamber prior to the deposition process and to control the chamber pressure during the deposition process. Preferably, the gas outlet has an exhaust valve 156 and an exhaust pump 158. The exhaust valve 156 controls the degree of communication between the inside of the chamber 36 and the exhaust pump 158. Exhaust pump 1
58 preferably includes a cryogenic pump with a turbomolecular pump to minimize the time to pump down the chamber.
Alternatively, exhaust pump 158 comprises a low and high pressure pump, or a combination of low and high pressure pumps.

【0023】図1を参照すると、スパッタリング処理
は、好ましくはアルミニウムで構成されたスパッタリン
グターゲット104と基板116の間に配置される処理
区域、即ち処理キャビティ146で行なわれる。ターゲ
ット104はチャンバ36から電気的に絶縁されてお
り、スパッタリングプラズマを生成するための処理電極
として作用する。スパッタリング処理中、一般的にはア
ルゴン又はキセノンなどの希ガスであるスパッタリング
ガスは、チャンバ36の処理キャビティ146の中に導
入される。次いで、ターゲットが負の電極になるように
電源が供給され、チャンバ壁と、もし必要ならばチャン
バ36内に配置された基板116が電気的に接地される
ような電場がチャンバ36内に形成される。チャンバ3
6内の合成電場はスパッタリングガスをイオン化し、タ
ーゲット104をスパッタリングするスパッタリングプ
ラズマを生成して基板上に材料を蒸着する。スパッタリ
ング処理において、通常、プラズマはスパッタリングタ
ーゲットに対する電力レベルが約100乃至約20,0
00ワット、より一般的には約100乃至約10,00
0ワット、より好ましくは約4,000乃至約7,00
0ワットのDC又はRF(高周波)電圧を印加すること
によって発生する。
Referring to FIG. 1, the sputtering process is performed in a processing area, or processing cavity 146, located between the sputtering target 104 and the substrate 116, preferably made of aluminum. The target 104 is electrically insulated from the chamber 36 and acts as a processing electrode for generating a sputtering plasma. During the sputtering process, a sputtering gas, typically a noble gas such as argon or xenon, is introduced into the processing cavity 146 of the chamber 36. Power is then applied so that the target is a negative electrode, and an electric field is formed in the chamber 36 such that the chamber walls and, if necessary, the substrate 116 disposed in the chamber 36 are electrically grounded. You. Chamber 3
The combined electric field in 6 ionizes the sputtering gas to generate a sputtering plasma that sputters the target 104 to deposit material on the substrate. In a sputtering process, the plasma typically has a power level to the sputtering target of about 100 to about 20,0.
00 watts, more usually from about 100 to about 10,000
0 watts, more preferably from about 4,000 to about 7000
Generated by applying a DC or RF (high frequency) voltage of 0 watts.

【0024】制御システム 図2を参照すると、本発明の処理は、コンピュータプロ
グラム製品161を使用して実行することができ、この
コンピュータプログラム製品は、周辺の制御要素と共に
メモリシステムに接続された、例えばカリフォルニアの
Synenergy Microsystemsから市
販されている68400プロセッサのような中央処理装
置(CPU)を有する一般のコンピュータシステムで実
行される。そのコンピュータプログラムコードは、例え
ば68000アセンブリ言語、C、C++、ジャバ、又は
パスカルなど一般のコンピュータが読めるどのプログラ
ム言語でも書くことができる。適切なプログラムコード
が通常のテキストエディタを使用して、1つのファイル
又は複数のファイルに入力され、コンピュータのメモリ
システムのようなコンピュータが使用できるメディアに
記憶されるか組み込まれる。もし入力されたコードテキ
ストが高レベルの言語の場合は、そのコードがコンパイ
ルされ、結果的にコンパイルされたコードは次いで、予
めコンパイルされたウインドウズのライブラリルーチン
のオブジェクトコードとリンクされる。リンクされコン
パイルされたオブジェクトコードを実行するためには、
システムユーザがオブジェクトコードを呼び出して、コ
ンピュータシステムにそのコードをメモリにロードさ
せ、それによりCPUがそのコードを読み出して実行
し、プログラムの中に特定されたタスクを実行する。
Control System Referring to FIG. 2, the process of the present invention can be performed using a computer program product 161 which, for example, is connected to a memory system with peripheral control elements, for example. It runs on a common computer system having a central processing unit (CPU), such as the 68400 processor available from Synergy Microsystems of California. The computer program code can be written in any common computer readable programming language, for example, 68000 assembly language, C, C ++ , Java, or Pascal. The appropriate program code is entered into a file or files using a conventional text editor and stored or embodied in a computer usable medium, such as a computer memory system. If the input code text is in a high-level language, the code is compiled and the resulting compiled code is then linked with the object code of the precompiled Windows library routines. To execute the linked and compiled object code,
A system user invokes the object code, causing the computer system to load the code into memory, which causes the CPU to read and execute the code and perform the tasks specified in the program.

【0025】図2はコンピュータプログラム161の階
層制御構造の例示的ブロック図を示す。ユーザはメニュ
ー又はCRTモニタに表示されるスクリーンに応じてラ
イトペンインターフェースを使用して処理セット番号と
処理チャンバの番号を入力する。タイル処理セットは、
特定の処理を実行するのに必要な処理パラメータの所定
のセットであり、予め規定されたセット番号によって認
識される。処理選択サブルーチン162は、(i)認識
された処理チャンバ、又はもしマルチチャンバシステム
が使用されているときは所望の処理チャンバと、(i
i)所望の処理を実行するための処理チャンバを動作さ
せるのに必要な処理パラメータの所望のセットとを識別
する。特定の処理を実行するための処理パラメータは、
例えば処理ガスの構成と流量、温度、チャンバ圧力、D
C電源レベルなどのプラズマ条件、及びチャンバドーム
温度のような処理条件に関連しており、処理条件の形で
ユーザに提供される。処理条件によって特定されるパラ
メータはライトペン/CRTモニタ(図示せず)を使用
して入力される。
FIG. 2 shows an exemplary block diagram of the hierarchical control structure of the computer program 161. The user inputs the processing set number and the processing chamber number using the light pen interface according to the menu or the screen displayed on the CRT monitor. The tile processing set
This is a predetermined set of processing parameters required to execute a specific process, and is recognized by a predetermined set number. The process selection subroutine 162 may include (i) a recognized process chamber, or a desired process chamber if a multi-chamber system is used, and (i)
i) Identify the desired set of processing parameters required to operate the processing chamber to perform the desired processing. Processing parameters for executing a specific process are as follows:
For example, processing gas composition and flow rate, temperature, chamber pressure, D
It relates to plasma conditions, such as C power level, and processing conditions, such as chamber dome temperature, and is provided to the user in the form of processing conditions. The parameters specified by the processing conditions are input using a light pen / CRT monitor (not shown).

【0026】処理シーケンササブルーチン163は特定
の処理チャンバと処理パラメータのセットを処理選択サ
ブルーチン162から受け入れ、そして種々の処理チャ
ンバの動作を制御するためのプログラムコードを備え
る。複数のユーザが処理のセット番号と処理チャンバ番
号を入力でき、又は1人のユーザが複数の処理のセット
番号と処理チャンバ番号を入力できるので、シーケンサ
サブルーチン163は選択された処理を所望の順序にス
ケジュールして動作する。好ましくは、シーケンササブ
ルーチン163は、(1)処理チャンバの動作をモニタ
してチャンバが使用されているかどうかを確認し、
(2)使用されているチャンバの中で何の処理が実行さ
れているかを判断し、(3)処理チャンバの使用可能性
と実行されるべき処理の形式に基づいて所望の処理を実
行する、という段階の実行プログラムを備える。ポーリ
ングのような処理チャンバをモニタする一般的な方法が
使用できる。どの処理を実行するかスケジューリングす
るときに、シーケンササブルーチン163は、使用され
ているチャンバの現状を考慮し、選択された処理に関す
る所望の処理条件、又は要求を入力した特定ユーザ各人
の「依頼の時期」、又はスケジューリングの優先度を決
めるために含めるようにシステムプログラマが要求する
別の関連ファクタと比較するように、設計することがで
きる。
The processing sequencer subroutine 163 accepts a particular processing chamber and set of processing parameters from the processing selection subroutine 162 and includes program code for controlling the operation of the various processing chambers. The sequencer subroutine 163 arranges the selected processes in a desired order because multiple users can enter the process set number and process chamber number, or a single user can enter multiple process set numbers and process chamber numbers. Schedule and work. Preferably, the sequencer subroutine 163 (1) monitors the operation of the processing chamber to determine whether the chamber is being used;
(2) determining what processing is being performed in the chamber being used, and (3) performing the desired processing based on the availability of the processing chamber and the type of processing to be performed. The execution program of the stage is provided. Common methods of monitoring the processing chamber, such as polling, can be used. When scheduling which process to execute, the sequencer subroutine 163 takes into account the current state of the chamber being used and considers the desired process conditions for the selected process or the "Request It can be designed to be compared to "when" or another relevant factor that the system programmer requires to include in order to prioritize scheduling.

【0027】シーケンササブルーチン163が次にどの
処理チャンバと処理セットの組合せが実行されるかを決
めた後は、シーケンササブルーチン163は、特定の処
理セットパラメータをチャンバ管理サブルーチン164
A−Cに渡すことによって処理セットが実行され、この
チャンバ管理サブルーチンが、PVDチャンバ36と、
或いは別のチャンバ(図示せず)の複数の処理タスクを
シーケンササブルーチン163によって決められたタイ
ル処理のセットに従って制御する。
After the sequencer subroutine 163 has determined which process chamber and process set combination is to be executed next, the sequencer subroutine 163 stores the specific process set parameters in the chamber management subroutine 164.
The process set is executed by passing to A-C, the chamber management subroutine
Alternatively, a plurality of processing tasks of another chamber (not shown) are controlled according to a set of tile processing determined by the sequencer subroutine 163.

【0028】シーケンササブルーチン163がどの処理
チャンバと処理セットの組合せを次に実行するか一度決
めた後は、シーケンササブルーチン163は特定の処理
セットパラメータを、チャンバ管理サブルーチン164
A−Cに渡すことによって処理セットを実行させ、チャ
ンバ管理サブルーチンは別々の処理チャンバの複数の処
理タスクをシーケンササブルーチン163が決定した処
理セットに基づいて制御する。例えば、チャンバ管理サ
ブルーチン164Aは図1に記述した処理チャンバ36
内のPVD処理動作を制御するプログラムコードを有す
る。
Once the sequencer subroutine 163 determines which processing chamber and processing set combination to execute next, the sequencer subroutine 163 stores the specific processing set parameters into the chamber management subroutine 164.
The chamber management subroutine controls a plurality of processing tasks in separate processing chambers based on the processing set determined by the sequencer subroutine 163 by passing them to AC. For example, the chamber management subroutine 164A performs the processing chamber 36 described in FIG.
Has a program code for controlling the PVD processing operation in the inside.

【0029】チャンバ管理サブルーチン164は又、選
択された処理セット実行に必要なチャンバ要素を制御す
る種々のチャンバ要素サブルーチン即ちプログラムコー
ドモジュールを制御する。チャンバ要素サブルーチンの
例としては基板位置決めサブルーチン165、処理ガス
制御サブルーチン166、圧力制御サブルーチン16
7、ヒータ制御サブルーチン168、プラズマ制御サブ
ルーチン169がある。当業者は、チャンバ36(図1
に示す)において何の処理が実行されるのを要求されて
いるかによって、別のチャンバ制御サブルーチンが含ま
れることは理解するであろう。動作において、チャンバ
管理サブルーチン164Aは実行される特定の処理に関
連する処理要素サブルーチンを選択的にスケジューリン
グするか呼び出す。チャンバ管理サブルーチン164A
によるスケジューリングは、処理チャンバと処理セット
を実行するシーケンササブルーチン163を使用するの
と同一の方法で実行される。一般的に、チャンバ管理サ
ブルーチン164Aは、種々のチャンバ要素をモニタす
るステップ、実行されるべき処理のための処理パラメー
タに基づいて動作するのにどの要素が必要かの決定する
ステップ、及びモニタと決定段階に応答してチャンバ要
素サブルーチンを実行させるステップとを含む。
The chamber management subroutine 164 also controls various chamber element subroutines or program code modules that control the chamber elements required to execute the selected process set. Examples of the chamber element subroutine include a substrate positioning subroutine 165, a processing gas control subroutine 166, and a pressure control subroutine 16.
7, a heater control subroutine 168 and a plasma control subroutine 169. One skilled in the art will appreciate that the chamber 36 (FIG. 1)
It will be appreciated that different chamber control subroutines may be included, depending on what processing is required to be performed in FIG. In operation, the chamber management subroutine 164A selectively schedules or calls processing element subroutines associated with the particular process to be performed. Chamber management subroutine 164A
Is performed in the same manner as using the sequencer subroutine 163 that executes the processing set with the processing chamber. Generally, the chamber management subroutine 164A includes steps for monitoring various chamber elements, determining which elements are required to operate based on process parameters for the process to be performed, and monitoring and determining. Executing a chamber element subroutine in response to the step.

【0030】蒸着処理 本発明の前述したシステムを使用して実行される好まし
い処理シーケンスについて述べる。圧電フィルムにおい
て、窒化アルミニウムの、多くの場合(001)立方結
晶配向と呼ばれる、六方結晶配向(0002)が生成さ
れるのが好ましい。配向により電気機械的結合係数が大
きくなり、他の窒化アルミニウム結晶の配向よりも電気
機械特性が優れているからである。しかし、窒化アルミ
ニウムは通常のPVD処理形式では(0002)結晶配
向において生長するのが難しい。本発明は新規な2段階
蒸着処理法を提供するものであり、蒸着速度が約100
0オングストローム/分又はそれ以上の実用上好ましい
(0002)結晶配向を有する窒化アルミニウムフィル
ムが得られる。本発明の第1の窒化アルミニウム蒸着段
階は、好適な(0002)結晶配向で形成される核生成
サイトの成長を促進することによって、結晶配向の程度
を制御するものである。本発明の第2の窒化アルミニウ
ム蒸着段階は、窒化アルミニウムの蒸着速度を結晶配向
の選択から切り離す。
Deposition Process A preferred process sequence performed using the above-described system of the present invention will now be described. Preferably, in the piezoelectric film, a hexagonal crystal orientation (0002) of the aluminum nitride, often referred to as a (001) cubic crystal orientation, is produced. This is because the orientation increases the electromechanical coupling coefficient and is superior in electromechanical properties to the orientation of other aluminum nitride crystals. However, aluminum nitride is difficult to grow in the (0002) crystallographic orientation in the normal PVD process. The present invention provides a novel two-step deposition process, wherein the deposition rate is about 100.
An aluminum nitride film having a practically preferred (0002) crystal orientation of 0 Å / min or more is obtained. The first aluminum nitride deposition step of the present invention controls the degree of crystal orientation by promoting the growth of nucleation sites formed with a preferred (0002) crystal orientation. The second aluminum nitride deposition step of the present invention decouples the deposition rate of aluminum nitride from the choice of crystal orientation.

【0031】窒化アルミニウムの蒸着処理にとって、好
ましくは同一の物理蒸気蒸着(PVD)チャンバが処理
の両方の段階に使用され、そこでは基板は好ましくは約
125℃と約500℃の間の温度に維持される。基板は
上述したようにアルミニウムターゲットを含むPVDチ
ャンバに導入される。
[0031] For the aluminum nitride deposition process, preferably the same physical vapor deposition (PVD) chamber is used for both stages of the process, where the substrate is preferably maintained at a temperature between about 125 ° C and about 500 ° C. Is done. The substrate is introduced into a PVD chamber containing an aluminum target as described above.

【0032】第1の窒化アルミニウム蒸着段階におい
て、窒素のような窒化ガス及びアルゴンのような不活性
ガスを含む処理ガスが、ある時間の間PVDチャンバに
導入され、第1のチャンバの圧力を約1.5ミリトール
と約3ミリトールの間にし、(0002)配向を有する
窒化アルミニウムフィルムを蒸着する。一度処理ガスに
よってチャンバが好ましい圧力になると、約4000ワ
ット(4kW)から約7000ワット(7kW)の電力
がターゲットに印加され、プラズマが当てられる。処理
ガスプラズマがアルミニウムターゲットをスパッタリン
グし、窒素と共に基板上に直接蒸着し、又はプラズマに
含まれる窒素種と反応するアルミニウム種を生成して窒
化アルミニウムを生成し、そらが次いで基板表面に蒸着
される。
In the first aluminum nitride deposition step, a process gas, including a nitriding gas such as nitrogen and an inert gas such as argon, is introduced into the PVD chamber for a period of time, and the pressure in the first chamber is reduced to about Between 1.5 mTorr and about 3 mTorr, an aluminum nitride film having a (0002) orientation is deposited. Once the processing gas has brought the chamber to the desired pressure, a power of about 4000 watts (4 kW) to about 7000 watts (7 kW) is applied to the target and a plasma is applied. The process gas plasma sputters the aluminum target and deposits it directly on the substrate with nitrogen, or produces aluminum species that react with the nitrogen species contained in the plasma to produce aluminum nitride, which is then deposited on the substrate surface .

【0033】実際には好ましい(0002)配向のよう
な配向の核生成サイトの形成速度と、これに対応する核
生成サイトの生長速度は結晶生長ユニットの蒸着速度に
よって制御されると考えられる。特に配向及び核生成サ
イトの生長は生長ユニットの下に存在する結合の数によ
って決まる。生長ユニットがAlやNのような原子であ
る場合、好ましい結晶配向(0002)は発達し、別の
形成された結晶配向を支配する。生長ユニットがAl−
Nのような二量体である場合、(0002)配向以外の
結晶配向が形成される。原子生長ユニットと二量体生長
ユニットの形成は蒸着処理中のAlとNの種の相互作用
によって影響される。AlとNの種の間に相互作用があ
ればあるほど、おそらく二量体生長ユニットはそれだけ
多く形成されるだろう。従ってAlとNの種の間の相互
作用を制御することによって、好ましい度合いの結晶配
向を達成できる。
In practice, it is considered that the rate of formation of nucleation sites having an orientation such as the preferred (0002) orientation and the corresponding growth rate of nucleation sites are controlled by the deposition rate of the crystal growth unit. In particular, the orientation and the growth of the nucleation site depend on the number of bonds present under the growth unit. If the growing unit is an atom such as Al or N, the preferred crystallographic orientation (0002) will develop and dominate the other formed crystallographic orientations. The growth unit is Al-
In the case of a dimer such as N, a crystal orientation other than the (0002) orientation is formed. The formation of atomic and dimeric growth units is affected by the interaction of Al and N species during the deposition process. The more interactions between the Al and N species, the more likely dimeric growth units will be formed. Thus, by controlling the interaction between the Al and N species, a favorable degree of crystal orientation can be achieved.

【0034】圧力を約1.5ミリトールと約3ミリトー
ルの間に管理するのは、スパッタリング中のAlとNの
種の相互作用を最小にするために好ましい方法であり、
それにより高度な(0002)配向を有する核生成サイ
トの形成と生長が向上する。蒸着された(0002)配
向フィルムは、続いて蒸着される窒化アルミニウム層に
好ましい結晶配向をもたらす。しかしながら、窒化アル
ミニウムの蒸着を低いチャンバ圧力で行うと、蒸着速度
が低くなり、結果として高度に配向されたフィルムは高
い圧縮応力を示し、厚みの不均一性が増す。このような
望ましくないフィルム特性をできるだけ少なくするため
に、第1の窒化アルミニウム層を好ましくは約300オ
ングストロームを超えない厚さに構成する。しかし、用
途によっては第1の窒化アルミニウムフィルムは厚く蒸
着される可能性がある。
Controlling the pressure between about 1.5 mTorr and about 3 mTorr is the preferred method to minimize the interaction of Al and N species during sputtering,
This improves the formation and growth of nucleation sites having a high (0002) orientation. The deposited (0002) oriented film provides the preferred crystalline orientation for the subsequently deposited aluminum nitride layer. However, when aluminum nitride is deposited at low chamber pressures, the deposition rate is reduced, resulting in highly oriented films exhibiting high compressive stress and increased thickness non-uniformity. To minimize such undesirable film properties, the first aluminum nitride layer is preferably constructed to a thickness not exceeding about 300 angstroms. However, depending on the application, the first aluminum nitride film may be deposited thick.

【0035】第2の窒化アルミニウム蒸着段階において
は、チャンバ圧力が約5ミリトールから約10ミリトー
ルの間に高められる。第2の蒸着段階の処理ガスは同様
に、好ましくは窒素などの窒化ガス及びアルゴン(A
r)のような不活性ガスを含む。好ましくは第2の蒸着
段階の圧力を上げるのは、不活性ガスと窒素含有ガスの
流量を増やすことによって実現される。一度好ましいチ
ャンバ圧力と処理ガス流量が実現すると、約4kWと約
7kWの間の電力をターゲットに印加することによっ
て、プラズマが発生する。処理ガスのプラズマはアルミ
ニウムターゲットをスパッタリングし、アルミニウム種
が生成され、それが窒素種と反応し、窒化アルミニウム
が形成され、それが次に基板上に蒸着される。(Alも
同様にターゲットとチャンバの別の表面と基板の上に形
成できる。)第2の蒸着段階は高いチャンバ圧力で実行
され、蒸着速度は大きくなり、高圧縮応力ではなく低引
張り力のフィルムを生成し、フィルム厚の均一性が改善
される。
In the second aluminum nitride deposition step, the chamber pressure is increased to between about 5 mTorr and about 10 mTorr. The processing gas of the second deposition stage is also preferably a nitriding gas such as nitrogen and argon (A
r). Preferably, increasing the pressure in the second deposition stage is achieved by increasing the flow rates of the inert gas and the nitrogen-containing gas. Once the desired chamber pressure and process gas flow rates are achieved, a plasma is generated by applying between about 4 kW and about 7 kW of power to the target. The process gas plasma sputters the aluminum target, which produces aluminum species, which react with the nitrogen species to form aluminum nitride, which is then deposited on the substrate. (Al can also be formed on another surface of the target and chamber and on the substrate.) The second deposition step is performed at a high chamber pressure, the deposition rate is high, and the film has a low tensile force rather than a high compressive stress. And the uniformity of the film thickness is improved.

【0036】好ましい(0002)結晶配向を持たない
フィルムを生成することにより、第2の蒸着段階は高い
蒸着速度が得られる。実際には、「長距離(ロングスロ
ー)」PVDチャンバを使用して相互作用が起きる時間
を長くしたり、種の反応能力を大きくすることによっ
て、AlとNの種の相互作用を大きくすることができ、
AlN二量体が生長することになる。好ましくはチャン
バ圧力を約5ミリトールと約10ミリトールの間にする
ことにより、窒素とアルミニウムの種が反応しAlN二
量体を形成する能力が上がる。蒸着を高い圧力で管理す
ると、多量のプラズマとスパッタリング材料が得られ、
AlとNの種単独で得られるよりも蒸着速度が高くなり
結晶生長が速くなるという結果が得られる。更に二量体
生長ユニットから形成される結晶構造はおそらく(00
02)結晶配向の原子生長ユニットで形成される結晶構
造より小さく、スパッタリング処理中に分離し、(00
02)結晶配向蒸着よりも蒸着速度が大きくなる。
By producing a film that does not have the preferred (0002) crystallographic orientation, a high deposition rate is obtained in the second deposition step. In practice, increasing the interaction between Al and N species by using a "long throw" PVD chamber to increase the time for the interaction to take place and / or to increase the reaction capacity of the species. Can be
The AlN dimer will grow. Preferably, the chamber pressure is between about 5 mTorr and about 10 mTorr, increasing the ability of the nitrogen and aluminum species to react and form AlN dimers. If the deposition is controlled at a high pressure, a large amount of plasma and sputtering material can be obtained,
The result is that the deposition rate is higher and the crystal growth is faster than that obtained by using only Al and N species alone. In addition, the crystal structure formed from the dimer growth unit is probably (00
02) smaller than the crystal structure formed by the atomic growth unit of crystal orientation, separated during the sputtering process, and
02) The deposition rate is higher than the crystal orientation deposition.

【0037】2段階蒸着処理においては、第1の窒化ア
ルミニウム層は、第2の蒸着段階中に蒸着された生長し
ている第2の窒化アルミニウム層に対して好ましい結晶
配向を与える。2段階蒸着処理は、所望の結晶配向を示
す第1の層と、蒸着速度が高くフィルム特性が改善され
た第2の層とのフィルムを生成する。それゆえ、本発明
は、蒸着のチャンバ圧力と従って反応種の構成を制御
し、それによりフィルムの結晶配向の度合いと実現され
る蒸着速度を制御する。
In a two-stage deposition process, the first aluminum nitride layer provides a preferred crystal orientation to the growing second aluminum nitride layer deposited during the second deposition stage. The two-step deposition process produces a film with a first layer exhibiting the desired crystal orientation and a second layer having a higher deposition rate and improved film properties. Therefore, the present invention controls the chamber pressure of the deposition and thus the composition of the reactive species, thereby controlling the degree of crystal orientation of the film and the achieved deposition rate.

【0038】結晶配向を決定するプラズマ種の相互作用
に加え、実際には改良フィルム特性はより高いチャンバ
圧力蒸着機構により影響されると考えられる。チャンバ
圧力が相対的に高いと、衝突率と二量体形成率が高くな
るのを促進し、そこで二量体は、AlとNの種の衝突前
の運動エネルギーを結合エネルギーに変換することによ
って形成され、それにより衝突後の運動エネルギーが低
いAl−N種を生成する。蒸着中の活性粒子ボンバード
が圧縮応力を示すので、基板上に蒸着している二量体種
の低い運動エネルギーは小さい圧縮応力のフィルムを形
成する。この圧縮応力が低いフィルムは、基板のような
隣接する材料に対してより強く付着し、フィルムの割れ
やフィルムの不連続性といった層に関する問題はほとん
どない。従って本発明の蒸着処理法は、高い応力の材料
の薄い層と、低い応力特性を有する材料の多量な蒸着を
組み合わせることにより、フィルム応力の問題を解決
し、それにより全体応力の低い集積窒化アルミニウムフ
ィルムを形成する。
In addition to the interaction of the plasma species to determine the crystal orientation, it is believed that in practice the improved film properties are affected by higher chamber pressure deposition mechanisms. The relatively high chamber pressure promotes higher collision and dimer formation rates, where the dimer converts the pre-impact kinetic energy of the Al and N species into binding energy. Formed, thereby producing Al-N species with low kinetic energy after impact. Because the active particle bombard during deposition exhibits compressive stress, the low kinetic energy of the dimer species being deposited on the substrate forms a film with low compressive stress. This low compressive stress film adheres more strongly to adjacent materials, such as the substrate, and has few layer problems such as film cracking and film discontinuity. Thus, the deposition process of the present invention solves the film stress problem by combining a thin layer of high stress material with a large amount of deposition of a material having low stress properties, thereby reducing the integrated aluminum nitride of low overall stress. Form a film.

【0039】更に、二量体種の衝突率が高くなり運動エ
ネルギーが小さくなると、プラズマ中の分布がより均一
になるだろうし、基板全体にわたって安定したプラズマ
密度が得られ、その結果基板上により均一な蒸着が得ら
れ、厚さ均一性が改善されたフィルムを生成する。当業
者は、当該処理の基本的な特性を維持しつつも、時間、
チャンバ圧力、温度、及び種々の装置に関連して本発明
の性能のために2段階蒸着処理を修正する必要があるこ
とを理解するであろう。
Furthermore, as the collision rate of the dimer species increases and the kinetic energy decreases, the distribution in the plasma will be more uniform, and a stable plasma density will be obtained over the entire substrate, resulting in a more uniform distribution on the substrate. And yields films with improved thickness uniformity. Those skilled in the art will appreciate that while maintaining the basic characteristics of the process,
It will be appreciated that the two-step deposition process needs to be modified for the performance of the present invention in relation to chamber pressure, temperature, and various equipment.

【0040】2段階蒸着の例 窒化アルミニウム層が以下に示すように本発明に従って
蒸着された。基板は処理プラットフォーム(例えばカリ
フォルニア、サンタクララのAppliedMater
ialsから入手できるEudura Platfor
m(登録商標))に導入され、PVDチャンバに移され
た。窒素が約56sccmの流量で添加され、チャンバ
の中にアルゴンが約9sccmの流量で約60秒間、チ
ャンバ圧力が約3.1ミリトールに安定するまで添加さ
れた。プラズマが発生し、窒素/アルゴンプラズマ中で
アルミニウムターゲットからアルミニウムがスパッタリ
ングされた。ターゲットは約15秒間約4kWの電力で
スパッタリングされ、約300オングストロームを超え
ない厚さの窒化アルミニウム層が生成された。
Example of Two-Step Deposition An aluminum nitride layer was deposited according to the present invention as shown below. The substrate may be a processing platform (e.g., Applied Mater, Santa Clara, CA).
Eudra Platform available from ials
m (R)) and transferred to the PVD chamber. Nitrogen was added at a flow rate of about 56 sccm, and argon was added into the chamber at a flow rate of about 9 sccm for about 60 seconds until the chamber pressure stabilized at about 3.1 mTorr. A plasma was generated and aluminum was sputtered from the aluminum target in a nitrogen / argon plasma. The target was sputtered at a power of about 4 kW for about 15 seconds, producing an aluminum nitride layer having a thickness not exceeding about 300 Å.

【0041】次いで、第1の窒化アルミニウム層上に、
第2の窒化アルミニウム層が蒸着された。窒素とアルゴ
ンが、窒素は約5sccmの流量でそしてアルゴンは約
144sccmの流量でチャンバの中に流され、約9.
1ミリトールのチャンバ圧力が得られた。ガスはプラズ
マが発生する前約10秒間導入された。窒素とアルゴン
プラズマ中でアルミニウムターゲットからアルミニウム
がスパッタリングされた。ターゲットのスパッタリング
は約4kWの電力で約695秒間発生した。基板が取り
出され、応力、層厚の均一性、結晶配向の試験を行っ
た。結果を以下の表1に示す。
Next, on the first aluminum nitride layer,
A second aluminum nitride layer was deposited. Nitrogen and argon are flowed into the chamber at a flow rate of about 5 sccm for nitrogen and about 144 sccm for argon, and about 9.
A chamber pressure of 1 mTorr was obtained. The gas was introduced for about 10 seconds before generating a plasma. Aluminum was sputtered from an aluminum target in a nitrogen and argon plasma. Sputtering of the target occurred at a power of about 4 kW for about 695 seconds. The substrate was taken out and tested for stress, layer thickness uniformity, and crystal orientation. The results are shown in Table 1 below.

【0042】1段蒸着の比較例 前述した第1の窒化アルミニウム蒸着段階を反映させた
条件の下で低チャンバ圧力において窒化アルミニウムフ
ィルムが蒸着された。前述した第2の蒸着段階の高チャ
ンバ圧力条件で別の窒化アルミニウムフィルムが蒸着さ
れた。蒸着された窒化アルミニウム層は次いで層厚均一
性、フィルム応力、フィルムの厚さ均一性、蒸着窒化ア
ルミニウムの結晶配向性の試験がなされた。
Comparative Example of Single- Step Deposition An aluminum nitride film was deposited at a low chamber pressure under conditions reflecting the first aluminum nitride deposition step described above. Another aluminum nitride film was deposited under the high chamber pressure conditions of the second deposition step described above. The deposited aluminum nitride layer was then tested for layer thickness uniformity, film stress, film thickness uniformity, and crystal orientation of the deposited aluminum nitride.

【0043】PVDチャンバの中に第1の基板を導入す
ることにより、低圧窒化アルミニウム蒸着が実行され
た。一旦基板がチャンバ内に配置されると、約30sc
cmの流量で窒素ガスが、そして約9sccmの流量で
アルゴンガスが約60秒間チャンバの中に導入され、プ
ラズマを発生する前にチャンバ圧力を約2.0ミリトー
ルとした。窒素プラズマ中でアルミニウムターゲットか
らアルミニウムがスパッタリングされ、約4kWの電力
で約710秒間窒化アルミニウム層が蒸着された。
Low pressure aluminum nitride deposition was performed by introducing a first substrate into the PVD chamber. Once the substrate is placed in the chamber, about 30 sc
Nitrogen gas at a flow rate of cm and argon gas at a flow rate of about 9 sccm were introduced into the chamber for about 60 seconds, bringing the chamber pressure to about 2.0 mTorr before generating a plasma. Aluminum was sputtered from an aluminum target in a nitrogen plasma and an aluminum nitride layer was deposited at a power of about 4 kW for about 710 seconds.

【0044】第2の基板をPVDチャンバに導入するこ
とにより、高圧窒化アルミニウム蒸着が実行された。一
旦基板がチャンバ内に導入されると、窒素とアルゴンが
それぞれ56sccmと144sccmの流量で約60
秒間、プラズマを発生する前にチャンバ圧力が約9.1
ミリトールになるまで導入された。一旦プラズマが発生
すると、アルミニウムターゲットは窒素プラズマ中でス
パッタリングされ、窒化アルミニウムの層が、約4kW
の電力で約710秒間、蒸着された。
A high pressure aluminum nitride deposition was performed by introducing a second substrate into the PVD chamber. Once the substrate is introduced into the chamber, nitrogen and argon are supplied at a flow rate of 56 sccm and 144 sccm, respectively, to about 60 sccm.
The chamber pressure is reduced to about 9.1 seconds before generating plasma.
Introduced until millitorr. Once the plasma is generated, the aluminum target is sputtered in a nitrogen plasma and a layer of aluminum nitride is deposited at about 4 kW.
For about 710 seconds.

【0045】以下に示す表1に2段階蒸着システムと2
種類の1段階蒸着システムの情報を要約する。 表1.2段階窒化アルミニウム蒸着と比較例
Table 1 below shows the two-stage deposition system and
Summarize the information of different types of one-stage deposition systems. Table 1.2 Step Aluminum Nitride Deposition and Comparative Example

【0046】表1は低圧1段階蒸着処理及び高圧1段階
蒸着処理と比較した本発明の2段階蒸着の重要な様相を
いくつか示している。(0002)ピークのX線回折
(XRD)カウントは(0002)配向で形成される結
晶の量を決定し、そこでピークのカウントが多いほど
(0002)配向で形成される結晶の量が多い。表1に
示すように、(0002)ピークのXRDカウントが多
いことから、2段階蒸着処理において(0002)配向
で形成される結晶の量は低圧又は高圧蒸着のいずれより
も多いことを示している。このことは第1の窒化アルミ
ニウム段階により、2段階蒸着処理の第2の窒化アルミ
ニウム蒸着段階において、次に蒸着される大量の窒化ア
ルミニウムフィルムが整列した結晶構造を得ることが出
来ることを示している。
Table 1 shows some important aspects of the two-step deposition of the present invention compared to the low-pressure one-step deposition process and the high-pressure one-step deposition process. The X-ray diffraction (XRD) count of the (0002) peak determines the amount of crystals formed in the (0002) orientation, where the more peak counts, the greater the amount of crystals formed in the (0002) orientation. As shown in Table 1, the large XRD count of the (0002) peak indicates that the amount of crystals formed in the (0002) orientation in the two-step deposition process is greater than in either low-pressure or high-pressure deposition. . This indicates that the first aluminum nitride step can provide an ordered crystal structure in which a large amount of aluminum nitride film to be subsequently deposited is obtained in the second aluminum nitride deposition step of the two-step deposition process. .

【0047】ロッキング曲線データは、他の結晶配向を
有する結晶構造と比較した(0002)配向を有する結
晶構造の相対量を示している。特にロッキング曲線の半
値全幅(FHWM)の程度が小さいか又は狭いほど、フ
ィルムの好適な(0002)配向が大きくなる。特に本
発明の2段階蒸着処理は、低圧蒸着段階より大きな(0
002)結晶配向度を有している。このことは、2段階
蒸着処理によって蒸着されるフィルムは高度に配向され
た(0002)結晶フィルムであることを示している。
窒化アルミニウムフィルムの好ましい結晶配向が、SA
W及びBAW装置において良好な電気機械特性を提供す
るのに必須であるため、表1から見られるように、XR
Dカウントが多くロッキング曲線データが狭いことか
ら、本発明による蒸着処理は品質の高い結晶フィルムを
提供することを示している。
The rocking curve data indicates the relative amount of a crystal structure having a (0002) orientation compared to a crystal structure having another crystal orientation. In particular, the smaller or narrower the full width at half maximum (FHWM) of the rocking curve, the greater the preferred (0002) orientation of the film. In particular, the two-step deposition process of the present invention is larger (0
002) It has a degree of crystal orientation. This indicates that the film deposited by the two-step deposition process is a highly oriented (0002) crystalline film.
The preferred crystal orientation of the aluminum nitride film is SA
As can be seen from Table 1, XRs are essential to provide good electromechanical properties in W and BAW devices.
The high D count and narrow rocking curve data indicate that the deposition process according to the present invention provides high quality crystalline films.

【0048】表1は更に本発明の、1段階低圧又は1段
階高圧蒸着処理と比較した利点を示している。前述した
ように優れた品質のフィルムを提供すると同時に2段階
蒸着処理は又実用上満足できる蒸着速度(例えば>10
00オングストローム/分)を提供する。2段階蒸着処
理の蒸着速度は、高圧窒化アルミニウムの方法に匹敵す
る。更に本発明により生成される(0002)配向フィ
ルムの全応力は、1段階低圧窒化アルミニウム蒸着処理
において蒸着される(0002)配向フィルムより相当
に小さい。このように本発明は又低いフィルム応力(例
えば約8×10 9ダイン/cm)を有する高品質の(0
002)フィルムを生成し、そのため蒸着中の層の不良
が少なくなる。最後に、本発明は1段階蒸着と比べて層
厚均一性も改善されている。層厚均一性が改善される
と、良好な電気機械特性が得られ、SAW装置のフィル
ムが均一な特性となる。本発明の好ましい実施形態に関
してして説明したが、本発明の他のさらなる実施形態
が、本発明の基本的な範囲から離れることなく想起され
ることが可能であり、その範囲は請求範囲によって規定
される。
Table 1 further shows one-stage low-pressure or one-stage of the present invention.
This shows an advantage over a high pressure deposition process. I mentioned earlier
Providing excellent quality film at the same time as two steps
The deposition process can also be performed at a practically satisfactory deposition rate (eg,> 10
00 angstroms / min). Two-stage deposition process
Processing rate is comparable to high pressure aluminum nitride method
You. In addition, the (0002) oriented filter produced according to the present invention.
Lum's total stress is a one-step low-pressure aluminum nitride deposition process
Greater than (0002) oriented film deposited at
Small. Thus, the present invention also provides low film stress (eg,
For example, about 8 × 10 9High quality (0 dynes / cm)
002) Produces a film, so the layer failure during deposition
Is reduced. Finally, the present invention provides a layer compared to one-step deposition.
Thickness uniformity has also been improved. Improved layer thickness uniformity
And good electromechanical properties can be obtained
The system has uniform characteristics. According to a preferred embodiment of the present invention,
Described above, but other further embodiments of the present invention.
But without departing from the basic scope of the invention.
The scope of which is defined by the claims.
Is done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のPVD処理を行うのに適したPVDチ
ャンバの概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a PVD chamber suitable for performing the PVD process of the present invention.

【図2】本発明の処理方法を制御するのに適したコンピ
ュータプログラムの階層制御構造を示す簡略ブロック図
である。
FIG. 2 is a simplified block diagram showing a hierarchical control structure of a computer program suitable for controlling the processing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

36 PVDチャンバ 102 チャンバ外囲 104 ターゲット 106 基板支持体 108 ガス入口 110 ガス出口 116 基板 118 基板支持リフト組立体 124 スパッタリング材料 130 マグネット組立体 146 処理キャビティ 152 電源 156 排気バルブ 158 排気ポンプ 36 PVD chamber 102 Chamber surrounding 104 Target 106 Substrate support 108 Gas inlet 110 Gas outlet 116 Substrate 118 Substrate support lift assembly 124 Sputtering material 130 Magnet assembly 146 Processing cavity 152 Power supply 156 Exhaust valve 158 Exhaust pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローシェル キング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94065 レッドウッド シティー ブリー カー レーン 10 (72)発明者 ホア キエウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル ベルモント テ ラス 984−3 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Rochelle King, United States of America 94065 Redwood City, Buri Car Lane 10 (72) Inventor Hoa Kieu, United States of America 94086 Sunnyvale Belmont Terras 984-3

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化アルミニウム層を処理チャンバ内で
基板上に形成する方法において、 a.第1の窒化アルミニウム層を第1のチャンバ圧力で
蒸着する段階と、 b.第2の窒化アルミニウム層を前記第1のチャンバ圧
力よりも高い第2のチャンバ圧力で蒸着する段階と、を
含むことを特徴とする方法。
1. A method for forming an aluminum nitride layer on a substrate in a processing chamber, comprising: a. Depositing a first aluminum nitride layer at a first chamber pressure; b. Depositing a second aluminum nitride layer at a second chamber pressure higher than the first chamber pressure.
【請求項2】 前記第1の窒化アルミニウム層が、約
1.5ミリトールと約3ミリトールの間の第1のチャン
バ圧力で蒸着されることを特徴とする請求項1に記載の
方法。
2. The method of claim 1, wherein said first aluminum nitride layer is deposited at a first chamber pressure between about 1.5 mTorr and about 3 mTorr.
【請求項3】 前記第2の窒化アルミニウム層が、約5
ミリトールと約10ミリトールの間の第2のチャンバ圧
力で蒸着されることを特徴とする請求項1に記載の方
法。
3. The method of claim 2, wherein the second aluminum nitride layer has a thickness of about 5
The method of claim 1, wherein the deposition is at a second chamber pressure between mTorr and about 10 mTorr.
【請求項4】 前記第1と第2の窒化アルミニウム層
が、同一の処理チャンバ内で連続して蒸着されることを
特徴とする請求項1に記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein said first and second aluminum nitride layers are sequentially deposited in a same processing chamber.
【請求項5】 前記第1の窒化アルミニウム層が、窒素
及び不活性ガスを含むプラズマ中で、アルミニウムター
ゲットをスパッタリングすることによって蒸着されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。
5. The method of claim 1, wherein said first aluminum nitride layer is deposited by sputtering an aluminum target in a plasma comprising nitrogen and an inert gas.
【請求項6】 前記第2の窒化アルミニウム層が、窒素
及び不活性ガスを含むプラズマ中で、アルミニウムター
ゲットをスパッタリングすることによって蒸着されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein said second aluminum nitride layer is deposited by sputtering an aluminum target in a plasma containing nitrogen and an inert gas.
【請求項7】 処理チャンバ内で基板を処理する方法に
おいて、 a.第1の窒化処理ガスを第1のチャンバ圧力で前記処
理チャンバに導入する段階と、 b.アルミニウムターゲットをスパッタリングして第1
の窒化アルミニウム層を蒸着する段階と、 c.第2の窒化処理ガスを前記第1のチャンバ圧力より
も高い第2のチャンバ圧力で前記処理チャンバに導入す
る段階と、 d.アルミニウムターゲットをスパッタリングして第2
の窒化アルミニウム層を蒸着する段階と、を含むことを
特徴とする方法。
7. A method of processing a substrate in a processing chamber, comprising: a. Introducing a first nitriding process gas into the process chamber at a first chamber pressure; b. Sputtering aluminum target to first
Depositing an aluminum nitride layer of c. Introducing a second nitriding gas into the processing chamber at a second chamber pressure higher than the first chamber pressure; d. Sputtering aluminum target for second
Depositing an aluminum nitride layer of the above.
【請求項8】 前記第1のチャンバ圧力が約1.5ミリ
トールと約3ミリトールの間であることを特徴とする請
求項7に記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein said first chamber pressure is between about 1.5 mTorr and about 3 mTorr.
【請求項9】 前記第1の窒化処理ガスが窒素を含むこ
とを特徴とする請求項7に記載の方法。
9. The method according to claim 7, wherein said first nitriding gas comprises nitrogen.
【請求項10】 前記第2のチャンバ圧力が約5ミリト
ールと約10ミリトールの間であることを特徴とする請
求項7に記載の方法。
10. The method of claim 7, wherein said second chamber pressure is between about 5 mTorr and about 10 mTorr.
【請求項11】 前記第2の窒化処理ガスが窒素及び不
活性ガスを含むことを特徴とする請求項7に記載の方
法。
11. The method according to claim 7, wherein said second nitriding gas comprises nitrogen and an inert gas.
【請求項12】 前記第1と第2の窒化処理ガスが約4
kWと約7kWの間の電力で生成されるプラズマ中でス
パッタリングされることを特徴とする請求項7に記載の
方法。
12. The method according to claim 11, wherein the first and second nitriding gases are about 4
The method of claim 7, wherein the sputtering is performed in a plasma generated at a power between kW and about 7 kW.
【請求項13】 前記不活性ガスがアルゴンであること
を特徴とする請求項11に記載の方法。
13. The method of claim 11, wherein said inert gas is argon.
【請求項14】 前記基板が約125℃と約500℃の
間の温度に維持されることを特徴とする請求項7に記載
の方法。
14. The method of claim 7, wherein said substrate is maintained at a temperature between about 125 ° C. and about 500 ° C.
【請求項15】 窒化アルミニウム層を処理チャンバ内
で基板上に形成する方法において、 a.アルミニウムターゲットをチャンバ圧力が約1.5
ミリトールと約3ミリトールの間の窒素プラズマ中でス
パッタリングすることによって、第1の窒化アルミニウ
ム層を蒸着する段階と、 b.アルミニウムターゲットをチャンバ圧力が約5ミリ
トールと約10ミリトールの間の窒素と不活性ガスのプ
ラズマ中でスパッタリングすることによって、第2の窒
化アルミニウム層を蒸着する段階と、を含むことを特徴
とする方法。
15. A method of forming an aluminum nitride layer on a substrate in a processing chamber, comprising: a. Aluminum target with chamber pressure about 1.5
Depositing a first aluminum nitride layer by sputtering in a nitrogen plasma between mTorr and about 3 mTorr; b. Depositing a second aluminum nitride layer by sputtering an aluminum target in a plasma of nitrogen and an inert gas at a chamber pressure between about 5 mTorr and about 10 mTorr. .
【請求項16】 前記第1の窒化アルミニウム層が、前
記第2の窒化アルミニウム層の前記蒸着の核となること
を特徴とする請求項15に記載の方法。
16. The method of claim 15, wherein said first aluminum nitride layer is a nucleus for said deposition of said second aluminum nitride layer.
【請求項17】 前記不活性ガスがアルゴンであること
を特徴とする請求項15に記載の方法。
17. The method of claim 15, wherein said inert gas is argon.
【請求項18】 前記基板が約125℃と約500℃の
間の温度に維持されることを特徴とする請求項15に記
載の方法。
18. The method of claim 15, wherein said substrate is maintained at a temperature between about 125 ° C. and about 500 ° C.
JP2000403970A 1999-12-07 2000-12-07 Two-stage ain-pvd improving film characteristic Withdrawn JP2001295025A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/456130 1999-12-07
US09/456,130 US6312568B2 (en) 1999-12-07 1999-12-07 Two-step AIN-PVD for improved film properties

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001295025A true JP2001295025A (en) 2001-10-26

Family

ID=23811549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000403970A Withdrawn JP2001295025A (en) 1999-12-07 2000-12-07 Two-stage ain-pvd improving film characteristic

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6312568B2 (en)
EP (1) EP1106708A2 (en)
JP (1) JP2001295025A (en)
KR (1) KR20010062218A (en)
SG (1) SG93917A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006508242A (en) * 2002-11-29 2006-03-09 ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト Method for plasma treatment of surface in vacuum and apparatus therefor
JP2020077788A (en) * 2018-11-08 2020-05-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Piezoelectric thin film, manufacturing method thereof, and use thereof

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7043129B2 (en) * 2000-06-16 2006-05-09 Wayne State University Wide bandgap semiconductor waveguide structures
US6848295B2 (en) * 2002-04-17 2005-02-01 Wayne State University Acoustic wave sensor apparatus, method and system using wide bandgap materials
JP3509709B2 (en) * 2000-07-19 2004-03-22 株式会社村田製作所 Piezoelectric thin film resonator and method of manufacturing piezoelectric thin film resonator
US6521100B2 (en) * 2001-02-02 2003-02-18 Nokia Mobile Phones Ltd Method of producing a piezoelectric thin film and bulk acoustic wave resonator fabricated according to the method
GB0116688D0 (en) * 2001-07-07 2001-08-29 Trikon Holdings Ltd Method of depositing aluminium nitride
US6853075B2 (en) * 2003-01-28 2005-02-08 Wayne State University Self-assembled nanobump array stuctures and a method to fabricate such structures
US20040144927A1 (en) * 2003-01-28 2004-07-29 Auner Gregory W. Microsystems arrays for digital radiation imaging and signal processing and method for making microsystem arrays
JP4240445B2 (en) * 2002-05-31 2009-03-18 独立行政法人産業技術総合研究所 Piezoelectric element using ultra-oriented aluminum nitride thin film and manufacturing method thereof
US6944922B2 (en) 2002-08-13 2005-09-20 Trikon Technologies Limited Method of forming an acoustic resonator
US7182816B2 (en) * 2003-08-18 2007-02-27 Tokyo Electron Limited Particulate reduction using temperature-controlled chamber shield
JP2007059850A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Ngk Insulators Ltd Substrate for depositing group iii nitride, manufacturing method thereof, and semiconductor device using the same
US20080083611A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-10 Tegal Corporation High-adhesive backside metallization
US20090053401A1 (en) * 2007-08-24 2009-02-26 Maxim Integrated Products, Inc. Piezoelectric deposition for BAW resonators
US8383439B2 (en) * 2007-10-25 2013-02-26 Showa Denko K.K. Apparatus for manufacturing group-III nitride semiconductor layer, method of manufacturing group-III nitride semiconductor layer, group-III nitride semiconductor light-emitting device, method of manufacturing group-III nitride semiconductor light-emitting device, and lamp
US8512800B2 (en) 2007-12-04 2013-08-20 Triquint Semiconductor, Inc. Optimal acoustic impedance materials for polished substrate coating to suppress passband ripple in BAW resonators and filters
US20090236689A1 (en) * 2008-03-24 2009-09-24 Freescale Semiconductor, Inc. Integrated passive device and method with low cost substrate
US8691057B2 (en) * 2008-03-25 2014-04-08 Oem Group Stress adjustment in reactive sputtering
US20090246385A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Tegal Corporation Control of crystal orientation and stress in sputter deposited thin films
JP5888689B2 (en) * 2010-07-01 2016-03-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for producing scandium aluminum nitride film
US9388494B2 (en) 2012-06-25 2016-07-12 Novellus Systems, Inc. Suppression of parasitic deposition in a substrate processing system by suppressing precursor flow and plasma outside of substrate region
US10109481B2 (en) 2012-07-02 2018-10-23 Applied Materials, Inc. Aluminum-nitride buffer and active layers by physical vapor deposition
KR102069192B1 (en) * 2013-02-08 2020-01-23 삼성디스플레이 주식회사 Method for forming nano crystalline and manufacturing of organic light emitting display device including the same
US9583485B2 (en) * 2015-05-15 2017-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fin field effect transistor (FinFET) device structure with uneven gate structure and method for forming the same
US10269814B2 (en) * 2015-11-30 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor structure
US9758868B1 (en) * 2016-03-10 2017-09-12 Lam Research Corporation Plasma suppression behind a showerhead through the use of increased pressure
FR3052592B1 (en) 2016-06-08 2018-05-18 Soitec STRUCTURE FOR RADIO FREQUENCY APPLICATIONS
JP2019021994A (en) * 2017-07-12 2019-02-07 株式会社サイオクス Laminate board with piezoelectric film, element with piezoelectric film, and method for manufacturing the laminate board with piezoelectric film
DE102018101558A1 (en) 2018-01-24 2019-07-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh A method of fabricating a nitride compound semiconductor device
CN109786514B (en) * 2018-12-27 2020-08-18 华灿光电(浙江)有限公司 Manufacturing method of light-emitting diode epitaxial wafer
US20230009085A1 (en) * 2019-12-31 2023-01-12 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for deposition of piezo-electric materials
CN117604471A (en) * 2023-11-22 2024-02-27 松山湖材料实验室 Silicon-based aluminum nitride composite substrate and preparation method thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4959136A (en) * 1986-09-17 1990-09-25 Eastman Kodak Company Method for making an amorphous aluminum-nitrogen alloy layer
JPS63203772A (en) 1987-02-20 1988-08-23 Hitachi Ltd Vapor growth method for thin copper film
JPH01312851A (en) 1988-06-10 1989-12-18 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
US5108569A (en) 1989-11-30 1992-04-28 Applied Materials, Inc. Process and apparatus for forming stoichiometric layer of a metal compound by closed loop voltage controlled reactive sputtering
US5178739A (en) 1990-10-31 1993-01-12 International Business Machines Corporation Apparatus for depositing material into high aspect ratio holes
US5171412A (en) 1991-08-23 1992-12-15 Applied Materials, Inc. Material deposition method for integrated circuit manufacturing
US5270263A (en) * 1991-12-20 1993-12-14 Micron Technology, Inc. Process for depositing aluminum nitride (AlN) using nitrogen plasma sputtering
JP3343620B2 (en) 1992-04-09 2002-11-11 アネルバ株式会社 Method and apparatus for forming a thin film by magnetron sputtering
US5431799A (en) 1993-10-29 1995-07-11 Applied Materials, Inc. Collimation hardware with RF bias rings to enhance sputter and/or substrate cavity ion generation efficiency
US5639357A (en) 1994-05-12 1997-06-17 Applied Materials Synchronous modulation bias sputter method and apparatus for complete planarization of metal films
US5985103A (en) 1995-12-19 1999-11-16 Micron Technology, Inc. Method for improved bottom and side wall coverage of high aspect ratio features
US5830330A (en) 1997-05-22 1998-11-03 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for low pressure sputtering

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006508242A (en) * 2002-11-29 2006-03-09 ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト Method for plasma treatment of surface in vacuum and apparatus therefor
JP4741241B2 (en) * 2002-11-29 2011-08-03 オー・ツェー・エリコン・バルザース・アクチェンゲゼルシャフト Plasma processing method for substrate surface
JP2020077788A (en) * 2018-11-08 2020-05-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Piezoelectric thin film, manufacturing method thereof, and use thereof
JP7128515B2 (en) 2018-11-08 2022-08-31 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Piezoelectric thin film, its manufacturing method and its use

Also Published As

Publication number Publication date
US20010008205A1 (en) 2001-07-19
EP1106708A2 (en) 2001-06-13
US6312568B2 (en) 2001-11-06
SG93917A1 (en) 2003-01-21
KR20010062218A (en) 2001-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2001295025A (en) Two-stage ain-pvd improving film characteristic
US5401544A (en) Method for manufacturing a surface acoustic wave device
US6171661B1 (en) Deposition of copper with increased adhesion
US9243316B2 (en) Method of fabricating piezoelectric material with selected c-axis orientation
US9679765B2 (en) Method of fabricating rare-earth doped piezoelectric material with various amounts of dopants and a selected C-axis orientation
EP1124270B1 (en) Method for producing piezoelectric films with rotating magnetron sputtering system
US20140246305A1 (en) Method of fabricating rare-earth element doped piezoelectric material with various amounts of dopants and a selected c-axis orientation
EP0669412A1 (en) Aluminim nitride thin film substrate and process for producing same
EP0732732A2 (en) Method of removing native silicon oxide by sputtering
US6183555B1 (en) Surface acoustic wave device, substrate therefor, and method of manufacturing the substrate
US6342748B1 (en) Surface acoustic wave device, substrate therefor and method of manufacturing the substrate
Shao et al. High quality co-sputtering alscn thin films for piezoelectric lamb-wave resonators
Lee et al. Relationship between residual stress and structural properties of AlN films deposited by rf reactive sputtering
WO1994019509A1 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP3033331B2 (en) Manufacturing method of thin film wiring
JPH10219430A (en) Compound thin film obtainable by magnetron sputtering method and method and apparatus for production the same
JPH1131685A (en) Plasma cvd device and its cleaning method
US5935641A (en) Method of forming a piezoelectric layer with improved texture
Felmetsger Sputter technique for deposition of AlN, ScAlN, and Bragg reflector thin films in mass production
JPH10125627A (en) Manufacture of semiconductor device and method of forming high melting point meal nitride film
JPH09256139A (en) Production of zinc oxide film
JPH07237998A (en) Thin film base of aluminum nitride and production thereof
JP3317860B2 (en) Surface acoustic wave device and method of manufacturing the same
JPH1030179A (en) Production of zinc oxide film
JPH08330293A (en) Formation method of insulation film and plasma chemical vapor deposition device used for the method

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080304